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      電子元件

      提高太陽能逆變器設計的效率

        2019年07月25日  

        隨著美國進入夏季,我已經開始向往在海灘度假,在池畔燒烤的日子。我在佛羅里達州南部長大,現居住在德克薩斯州,炎熱和陽光燦爛的日子對我來說再熟悉不過。同樣,在夏季繳納更高的電費對我來說也早已習以為常。從積極的角度想,陽光燦爛的日子也帶來了很多好處,其中一個就是太陽能。

        太陽能有助于降低發電相關成本。這個行業最熱門的話題之一就是電源轉換效率。為了提高0.1%的效率,太陽能逆變器制造商往往需要投入大量的時間。考慮到更高的效率和增加的能源之間的關聯性,亦即更快的光伏(PV)系統的投資回報速度,那么確定逆變器將太陽能電池板的直流電轉換為家用交流電的能力將至關重要。

        微逆變器和太陽能優化器是太陽能市場中兩種快速發展的架構。圖1所示為太陽能微逆變器的典型框圖。該微逆變器轉換來自單個PV模塊的功率,且通常設計用于250W至400W的最大輸出功率。

        圖1:典型的太陽能微逆變器

        為最大化PV面板性能,微逆變器的前端是DC/DC級,其中數字控制器執行最大功率點跟蹤(MPPT)。最常見的拓撲結構是非隔離式DC/DC升壓轉換器。對于單個太陽能電池板,軌道或直流環節通常為36V;對于此電壓范圍,您可以使用標準硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFETs)進行DC/DC轉換。

        鑒于減小尺寸是一個優先事項(因此微逆變器和功率優化器將適合光伏系統的后端),太陽能逆變器制造商正在采用氮化鎵(GaN)技術,因為它能夠以更高頻率切換。較高頻率減小了微逆變器和太陽能優化器應用中的大型磁性元件的尺寸。

        DC/AC級或次級通常使用H橋拓撲;對于微逆變器,軌道電壓約為400V。目前,柵極驅動器可以使用多種隔離技術來隔離控制器與電源開關,并可同時驅動高頻開關。這些要求由信號隔離的安全標準驅動。

        德州儀器(TI)的UCC21220基本隔離柵極驅動器通過提供高側和低側之間的傳播延遲和延遲匹配的領先性能,改善了這些集成優勢。這些定時特性減少了與開關相關的損耗,因為它更快導通,同時還最小化了體二極管的導通時間,從而提高了效率。這些參數也較少依賴于VDD,因此您可以放寬系統其余部分的電壓容差設計余量,如圖2中的工作臺數據所示。圖2還顯示了UCC21220提供比競品更快的傳播延遲。

        圖2:TI的UCC21220傳播上升/下降延遲相對于VDD和競品而言

        UCC21220提供了太陽能應用的替代方案,例如微逆變器和太陽能優化器,其中基本隔離可能就已足夠。UCC21220采用第二代電容隔離技術,通過芯片縮小降低成本,不僅可通過提供28ns的典型傳播延遲來提高效率,還可降低印刷電路板(PCB)空間和系統成本。

        TI的GaN技術使DC/DC升壓和DC/AC倒相級的工作頻率超過100kHz。GaN功率級固有的低開關損耗使其可以達到99%或更高的效率。

        更高的效率不僅意味著更少的能源浪費,也意味著更小的散熱器、更少的冷卻需求以及更緊湊和更具成本效益的設計。使用正確的高壓柵極驅動器可幫您實現更高效率,同時降低空間受限的微逆變器或太陽能優化器設計中的系統成本。

      標簽:德州儀器我要反饋
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